针对水下岩石台阶爆破过程中破碎块体复杂的受力运动及其堆积过程, 采用FLUENT-EDEM流固耦合的数值计算方法, 在颗粒间引入平行键与Hertz-Mindlin接触模型, 通过巴西劈裂实验与数值计算的结果对比, 标定了平行键的参数, 并建立了水下台阶爆破模型, 分析了水对岩体破碎和运动的力学作用机理, 研究了水下台阶块体颗粒鼓包抛掷的整个运动过程, 讨论了块体速度、块体分层堆积和流场特点。结果表明: 块体颗粒堆积分层与其初始速度以及位置高度有关, 台阶中部块体颗粒相对位置较高, 在爆炸荷载作用下水平运动距离最远, 上部堵塞部分的块体颗粒受爆炸荷载作用小, 其主要在重力与浮力作用下翻滚覆盖在中部块体颗粒层之上。起爆初期爆炸能量主要是破碎岩石, 水体无明显流速, 随着块体颗粒的鼓包抛掷运动, 台阶前表面附近的流体流线速度最大, 当块体颗粒开始滚动滑落时, 流线则主要受到颗粒的运动形式影响。另外, FLUENT-EDEM流固耦合的数值计算模型能精确模拟水下台阶爆破块体运动问题, 可为水下岩体爆破工程提供新的研究手段。

基于构形理论, 建立二维射流通道内导热基座上双侧方柱离散热源的散热模型, 以离散热源的总纵截面面积和热源高度一定为约束条件, 以系统最高温度最小化、温度均匀性因子最小化和温度梯度均匀性因子最小化为目标, 以各热源之间的长度比为优化变量, 考虑射流速度和热源间距对散热的影响。当热源间距和射流速度给定时, 通过改变热源之间的长度比可使系统最高温度、温度均匀性因子和温度梯度均匀性因子不同程度地降低。当热源间距和热源之间的长度比给定时, 随着射流速度的增大, 系统最高温度、温度均匀性因子和温度梯度均匀性因子亦均不同程度地降低。

激光穿孔是现代工业生产中重要的加工手段。明晰激光穿孔过程中激光热源、辅助气体与被加工物间的作用机理及被加工物的多相流变化过程，对指导实际生产工作至关重要。本文提出一种相界面随动热源模型，旨在动态模拟3 mm钢板的激光穿孔过程，揭示其穿孔加工机理。首先，融合相变界面随动热源模型与辅助气体模型建立激光穿孔模型，规划计算流程，对激光穿孔过程进行多场耦合多相流动态模拟；其次，分别对穿孔相变的温度场及流场结果进行分析，明晰穿孔过程中金属的相变过程、熔池的温度变化过程，金属液相随辅助气体的流动过程。分析结果表明，采用相变界面随动热源模型的仿真结果可有效模拟激光穿孔加工的动态过程，揭示其作用机理。

由于有阀压电泵内部阀体所受应力过大易导致阀体失效，本文提出了钹型开槽式截止阀来减小有阀压电泵内部阀体所受应力。基于钹型开槽式截止阀设计了有阀压电泵，分析了钹型开槽式阀压电泵的工作原理。对钹型开槽膜片进行了受力分析，研究了该压电泵的输出性能及耦合作用下的膜片应力。加工制作了钹型开槽式阀压电泵样机，建立了钹型开槽式阀压电泵的有限元模型，数值计算了流固耦合作用下的阀体应力值。计算结果表明: 在压电泵正常输出的驱动频率范围内，当驱动频率为418 Hz时，膜片所受应力的计算值也达到最大，为81.74 MPa。最后，进行了压电泵性能试验。试验结果显示: 该压电泵的输出流量最大值和振子振幅最大值均出现在低频段; 当驱动电压为160 V，驱动频率为5 Hz时，输出流量达到最大，为6.6 g/min; 驱动频率为4 Hz时，压电振子振幅达到最大，为165.8 μm。文中的研究验证了钹型开槽式阀体压电泵的有效性，并得出当钹型开槽式阀压电泵工作在低频段时，阀门所受应力远小于高频段时阀门的应力值。

激光介质的热效应会导致固体激光器在工作过程中产生像差, 造成激光光束质量下降, 严重影响了固体激光器的发展与应用。以一种固体激光器用微通道双面冷却系统为研究对象, 建立其三维物理模型, 采用流固耦合方法模拟冷却系统的流场、温度场及介质应力场, 并考察了流动雷诺数与Nd∶YAG晶体薄片内部热流量对薄片热变形的影响。结果表明, 冷却系统内流场对薄片温度场及应力场的影响不可忽略; 薄片的最大Von Mises等效应力出现在边缘位置, 且随着雷诺数的增大而减小; 薄片的热变形因流动状态的变化而存在不同的分布形式; 热流量只对薄片热变形的程度有影响, 热流量越大, 薄片的热变形越大。

数值模拟研究了高速气流作用下能量加载金属蜂窝板温度场。针对金属蜂窝典型单元，构造了蜂窝核细观导热数值计算分析模型。采用流固耦合计算方法，使用两相流模型和凝固/熔化模型模拟气流对烧蚀物的剥蚀，较完整地模拟了能量加载金属蜂窝板的物理变化过程，计算得到了金属蜂窝板的温度分布以及烧蚀形貌。结果表明两相流方法能够较全面地模拟能量加载金属蜂窝板过程中的对流换热、熔化与凝固过程以及金属液体在气流冲刷下的动力学过程，能获得较为合理的物理图像。

数值模拟研究了气流和激光辐照双重作用下的金属平板温度场。流体控制方程为3维雷诺平均N-S方程, 固体控制方程为能量方程, 湍流粘性系数求解使用k-ε两方程模型。采用流固耦合计算方法, 使用动网格模型模拟气流的“冲刷效应”, 较完整地模拟了激光辐照金属材料的物理变化过程, 计算得到金属平板的温度分布及流场分布。结果表明:在较低气流速度及激光功率下, 气流的冷却效应占主导地位；当气流速度和激光功率上升到一定程度后, 气流的“冲刷效应”和冷却效应共同决定金属平板的温度分布。